宋成凯1，陈 霞2
［1.山东兖矿国拓科技工程股份有限公司，山东 滕州277500；
2.新能凤凰（滕州）能源有限公司，山东 滕州277500］
［摘 要］ 工艺烧嘴是水煤浆加压气化装置的核心设备之一，其烧嘴冷却水系统合理的联锁保护设计，既能延长烧嘴的使用寿命，又能有效地避免设备损坏及人员伤亡事故的发生。通过对目前大多数厂家水煤浆加压气化装置使用的烧嘴冷却水系统联锁保护方案之优缺点的比较和分析，提出联锁保护优化改进方案。优化改进后的方案，既弥补了原有四选二联锁的缺陷，又不增加任何的硬件测点及投资，而且能达到及时有效全面防护的目的，更趋完善。
［关键词］ 水煤浆加压气化；工艺烧嘴；烧嘴冷却水系统；联锁保护方案；对比分析；优化改进
［中图分类号］ TQ545［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）02-0025-02
0 引 言
水煤浆加压气化工艺有单喷嘴气化炉工艺和多喷嘴对置式气化炉工艺，工艺烧嘴是水煤浆加压气化装置的核心设备之一，其主要任务是输送煤浆和氧气，并由氧气将煤浆雾化实现物料的充分混合。目前已运行的水煤浆加压气化装置，气化炉炉膛温度一般在1 250 ℃左右，气化压力主要有4.0 MPa、6.5 MPa和8.7 MPa几种等级。工艺烧嘴头部在气化炉炉膛内工作，处于高温环境中，为延长工艺烧嘴的使用寿命，其头部设有冷却水室，通入冷却水对工艺烧嘴进行冷却，起到保护作用。工艺烧嘴冷却水一般采用脱盐水（43 ℃、约2.8 MPa），由于工艺烧嘴在高温、高压、易燃易爆的环境中运行，易受到物料的冲刷磨损、气体的高温热辐射和有害气体的侵蚀等的共同作用，工艺烧嘴头部及烧嘴冷却水系统可能会发生严重磨损及冷却水泄漏等现象，一旦工艺烧嘴头部或盘管损坏，高温、高压可燃气体将窜入烧嘴冷却水系统，大量高温粗煤气窜入，可能导致冷却水出口管线超温损坏，引起管线破裂，继而引发火灾爆炸及人员伤害事故。因此，工艺烧嘴冷却水联锁保护系统的合理设计尤为重要，要求其测量准确有效、联锁判断及时、进出口阀门关闭响应迅速。
1 烧嘴冷却水系统简介
水煤浆加压气化装置烧嘴冷却水系统流程示意如图1（多喷嘴对置式气化炉则有4条同样设置的冷却水管线）。工艺烧嘴冷却水泄漏一般均发生在工艺烧嘴头部水室及进出水室盘管处，因此在烧嘴冷却水进出口管线上设有测量仪表，监控冷却水的流量、温度和压力，在回水管线上还设有CO在线检测仪。烧嘴冷却水系统发生泄漏后，测量仪表的示数会表现为：烧嘴冷却水进口流量因阻力增大而降低；因高温高压粗煤气窜入，烧嘴冷却水进口压力、出口温度、出口流量均表现为升高（出口温度反应较慢，进口流量、出口流量反应较为灵敏；微量泄漏时进口压力、出口流量反应较为灵敏，CO在线检测仪也能较早判断出微量泄漏）。因此，烧嘴冷却水系统是否发生泄漏，可以凭借以上仪表示数的变化作出判断，联锁保护系统也会根据联锁设定自动执行停炉、关闭烧嘴冷却水进出口阀等指令。
2 烧嘴冷却水系统现有联锁保护方案分析
从上世纪末由国外引进时算起，水煤浆气化工艺在我国的应用已有20多年。在其工业化应用过程中，研究单位、工程公司、技术用户不断对烧嘴冷却水保护系统进行完善和优化，也提出了各种联锁保护方案。以下对大多数厂家目前使用的联锁方式进行比较，以期得出联锁保护优化方案。
2.1 四选二联锁
早期水煤浆气化装置中烧嘴冷却水联锁保护系统采用烧嘴冷却水进口流量低低、出口流量高高、进口压力高高、出口温度高高的四选二联锁（如图2所示），4个指标中有2个偏离联锁值，联锁保护系统即执行关闭冷却水进出口切断阀并停车的动作（多喷嘴气化炉则仅关闭触发联锁的工艺烧嘴冷却水进出口阀门）。但此联锁保护系统仅适用于工艺烧嘴头部端面或工艺烧嘴盘管损坏的情况，若冷却水泵损坏不打量或其他原因断水时，则无法及时实现保护。
更多内容详见《中氮肥》2019年第2期